河北快3杀号软件

技术资料   jishuziliao
搜索   Search

各种超音速火焰喷涂涂层的技术参数及磨加工注意事项

2014-10-7 7:48:17      点击:
各种超音速火焰喷涂涂层的技术参数及磨加工注意事项

摩擦磨损是自然界的一种普遍现象。摩擦是两配合表面之间由于 微区接触而产生的原子或分子间的相互作用所引起的阻碍其相对运动的现象;而磨损是指两配合表面的物质由于相对运动而不断损失的现象。只要存在物体表面间的 相对运动就必然会出现摩擦,有摩擦就必然伴随着磨损,可产生磨损的工作条件包括滑动、微振、冲击、擦伤、侵蚀等。但由于磨损原因的复杂性和磨损类型的不确 定性,在进行耐磨涂层选择时,必须分析清楚零部件的工作环境。采用热喷涂技术可以增大软基体或已经发生磨损的基体的耐磨损性能。


图(1)北京耐默公司热喷涂设备,可以喷涂陶瓷、碳化钨、合金等
一般来说,与同 类材料的铸造或锻造结构相比,热喷涂涂层结构具有更高的耐磨性能。这是由于在热喷涂过程中粒子经受高速淬火以后,形成了具有一定孔隙的特殊结构,在金属涂 层中,变形粒子周围还会形成少量氧化物。涂层所具有的微观孔隙结构不仅有利于零件表面润滑膜的保持,而且能够容纳磨损产生的碎屑,对提高零件表面的耐磨性 能有利。
根据摩擦表面的磨损过程及其破坏机理,可将磨损分为磨料磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、微动磨损、冲蚀磨损和高温磨损,高温磨损实质上是粘着磨损和磨料磨损的综合。各类磨损的特点及其对涂层材料的性能要求见表所示。
磨损种类、特点及其对涂层性能的要求

磨损类型

在磨损中所占比例

磨损表面特征

涂层性能要求

磨料磨损

50%

擦痕、刮伤、犁沟

较高的加工硬化能力,表面硬度要接近甚至超过磨料硬度

粘着磨损

15%

擦痕、麻点状鱼鳞、锥坑、沟槽

摩擦副材料相容性差,溶解度低,表面能小,不易发生原子迁移,抗热软化能力强

腐蚀磨损

5%

有腐蚀产物(膜或颗粒)

具有耐腐蚀和磨损的综合性能

疲劳磨损

8%

裂纹、麻点、剥落

高韧性,硬度适中,裂纹倾向小,不含硬质非金属夹杂物

冲蚀磨损

8%

蜂窝状蚀坑

小角度冲蚀要求高硬度,大角度冲蚀要求韧性好

微动磨损

8%

裂纹、麻点

较高的抗频繁低幅振荡磨损能力,能形成软磨削,且与配对面不相容

高温磨损

5%

粘着、结瘤、剥落、蚀坑

一定的高温硬度,能形成致密且韧性好的硬质氧化膜,导热性好,能迅速使热扩散

1.耐磨涂层性能要求
耐磨涂层的要求取决于耐磨涂层与基体材料的力学匹配性、化学匹配性、施加载荷的方向和大小以及涂层本身的性能。根据耐磨涂层的应用不同,涂层硬度、化学稳定性、涂层屈服强度、抗裂纹生核与长大的能力等因素都影响涂层的耐磨性能。
(1)涂层结合强度要求。对耐磨涂层的首要要求就是确保涂层与基体有足够的结合强度,为此,基体材料与涂层材料的选择与设计应以确保涂层牢固结合为前提。
1)基体应无变形。当耐磨涂层用于高负荷工况时,基体应有足够的硬度和屈服强度,以支承涂层不发生变形。
2)涂层与基体材料的弹性模量匹配性? 在弹性应变情况下,如果涂层与基体的弹性模量不匹配,在负载时就会在涂层与基体的界面处产生陡变式的应力。若涂层的刚性大于基体,涂层中的应力就会增大。随着载荷和涂层与基体的弹性模量差别增大,应力增大。
表列出了高速钢与碳化物的弹性模量。
河北快3杀号软件 高速钢与碳化物的弹性模量


材料

高速钢

ZrC

VC

TiC

HfC

NbC

TaC

WC+
12.2%Co

WC+
5.5%Co

WC

金刚石

弹性模量/x106MPa

0.2

0。41

0。43

0。45

0.46

0.51

0.54

0.57

0。61

0.62

0.79

碳化钨涂层

图(2)采用高温工艺加工出来的合金涂层,硬度可以达到HV1100以上,碳化钨含量是60以上

3)涂层与基体材料的刚性匹配。要使硬质耐磨涂层具有较长的使用寿命,涂层与基体材料的刚性应有合理的匹配。如果在刚性小的基体材料上沉积刚性高的涂层。由于刚性不匹配,就会使涂层中的拉应力增大,导致在涂层中形成裂纹并波及到基体,从而引起涂层发生早期破坏。
4) 热膨胀系数的匹配性。如果涂层与基体材料的热膨胀系数不匹配,就会因体积变化而产生应力。通常,涂层与基体相比是很薄的,因此,基体的热膨胀基本上不受涂 层热膨胀的影响,而涂层的热膨胀则强烈的受到基体热膨胀的影响。涂层与基体由于热膨胀不匹配而产生的热应力基本上都集中在涂层中。热膨胀系数差别越大,涂 层中的应力就会越大,产生裂纹甚至剥落的倾向性就越大。这就是许多耐磨涂层尚未遭受严重磨损就发生过早剥落失效的主要原因之一。
表列出了一些碳化物、氮化物涂层材料与钢的热膨胀系数。
碳化物、氮化物涂层材料与钢的热膨胀系数

材 料

碳 化 物

氮 化 物

金属陶瓷

Cr3C2

TiC

TaC

WC

TiN

ZrN

TaN

WC+
5.5%Co

WC+
12%Co

低合金钢

高速钢

热膨胀
系数/x10-6K-1

10.3

7。4

6。3

4.2-5.0

10.1

7。24

3.6

5.4

6.1

15

12

当基体的热膨胀系数大于涂层的热膨胀系数时,在升高温度时产生的应力为拉应力;反之,若涂层的热膨胀系数大于基体时,则为压应力。由表可以看出,大 多数碳化物、氮化物及金属陶瓷涂层的热膨胀系数均小于钢,只有TiN、NbN和Cr3C2的热膨胀系数比较接近于高速钢的热膨胀系数,但差别仍不小。
5) 涂层与基体材料之间的亲和力。涂层与基体之间的亲和力即化学结合能力直接影响涂层与基体之间的结合强度。通常,一种化合物在另一种化合物中的固溶度低时, 它们之间的结合强度也弱。只有当涂层与基体之间具有最大的化学亲和力而又不会产生脆性界面相时,涂层与基体的结合强度才最大,才能充分发挥耐磨涂层的作 用。
(2) 涂层耐磨性要求。在前述必须确保涂层与基体有足够牢固的结合条件下,才能进一步提出对涂层耐磨性的要求,这主要包括如下一些内容。
1) 涂层硬度。提高涂层硬度,有利于增大涂层的屈服强度,防止发生变形;涂层硬度增高,抗磨料磨损性能增强,涂层的磨料磨损速率与涂层硬度成反比。若涂层硬度 超过磨料颗粒的硬度,磨料磨损速率急剧下降。因此,在磨料磨损的工况下,涂层硬度应尽可能的高。而在滑动磨损情况下,应考虑使用韧性强的具有单相结构的软 涂层,但不能有第二相硬质颗粒存在,否则将引起严重的磨料磨损。
2)耐高温磨损性能。当硬质涂层用作耐高温磨损涂层时,不仅要求具有良好的高温红硬性,即具有高的高温硬度,而且涂层与对偶摩擦材料之间的化学溶解度要小。
3)耐腐蚀磨损性能。耐磨涂层在腐蚀性介质中的耐磨性能还取决于涂层在化学介质中的耐蚀性能。许多硬质涂层都具有优异的耐蚀性,特别是氧化物和碳化物等陶瓷涂层是很好的耐腐蚀磨损涂层材料。
4) 涂层颗粒之间的结合强度高。硬质涂层颗粒之间应具有高的结合强度。例如,WC-Co金属陶瓷涂层是很著名的耐磨涂层材料,钴对等硬质颗粒的润湿性极 好,因而使碳化钨颗粒能牢固的粘结在一起,不会发生剥落,在这种前提条件下,才能充分发挥碳化钨硬质相的高耐磨特性。
显然,耐磨涂层的成功应用既取决于涂层本身的耐摩擦磨损特性,还取决于涂层与基体之间性能的合理匹配。
2.耐磨涂层喷涂材料选择
在 某些情况下,要求涂层既具有良好的耐磨损性能也要具有非常优良的耐腐蚀特性,例如,在石油、化工、海洋性气氛等环境介质中工作的零部件,如果将涂层耐磨损 性能及耐腐蚀性能分为十个等级进行定性评价的话,其结果如表所示。其中,1级表示该涂层的耐磨损性能或耐腐蚀性能最差,10级表示该涂层的耐磨损性能或耐 腐蚀性能最优。
? 耐磨涂层喷涂材料选择表


粉末成分

粉末牌号

涂层
硬度
(Rc)

结合
强度
(PSI)

耐磨
等级
(1-10)

耐蚀
等级
(1-10)

韧性等级
(1-10)

沉积效率
(%)

喷涂
速率
(lbs/hr)

WCrC-CoCr

W-121

69

10,000

7

6

6

60

8-20

CrWC-CoCr

W-124

67

10,000

8

6

6

55

8-20

CrWC-NiCr

W-129

68

10,000

7

7

6

50

8-20

WC-12Co

1342VM

70

10,000

9

2

2

40

8-20

WC-17Co

1343VM

69

10,000

8

5

4

40

8-20

WC-Co-Cr

1350VM

69

10,000

9

6

4

40

8-20

WC-Cr-Ni

1356VM

68

10,000

8

6

2

30

8-15

CrC-25NiCr

1375VM

57

10,000

7

8

5

30

8-10

NiCrBSiFe

1275H

52

9,000+

6

7

5

45

8-20

CrC-30NiCr

CRC-410-1

64

10,000

7

8

7

50

8-15

CrC-40NiCr

CRC-425-1

60

10,000

6

7

7

50

8-15

CrC-65NiCr

CRC-415-1

55

10,000

4

8

7

50

8-15

Stellite 6

CO-106-1

49

9,000+

5

7

7

40

8-20

NiCrB+WC

1334F

63

10,000

7

5

6

45

8-20

WC-10Ni

1310VM

60

10,000

7

6

6

45

8-15

依据耐磨涂层使用环境的差异,应选择不同的喷涂材料及喷涂工艺,例如:
(1)软支承用涂层。这类涂层允许磨粒嵌入,也允许变形以调整轴承表面。喷涂材料多为有色金属,如铝青铜、磷青铜、巴氏合金和锡涂层等。具体应用零件如:巴氏合金轴承、水压机轴套、止推轴承瓦、压缩机十字滑块等。
(2) 硬支承用涂层。硬支承表面通常在高载荷和低速度工况条件下工作,该类支承一般用于可嵌入性和自动调整性不重要的部位,以及润滑受限的部位。喷涂材料可选用 镍基、铁基自熔合金、氧化物和碳化物陶瓷(如Al2O3-TiO2,Co-WC等)、难熔金属Mo以及Mo加自熔合金等。具体应用零件如:冲床减震器曲 轴、防擦伤轴套、方向舵轴承、涡轮轴、主动齿轮轴颈和活塞环燃料泵转子等。
(3)耐磨粒磨损涂层。当使用温度低于540℃时,涂层要能经受外来 磨料颗粒的切削和犁沟作用,涂层硬度应超过磨粒硬度;涂层材料可选用自熔合金加Mo或Ni/Al混合粉、高铬不锈钢、Ni/Al丝、T8钢以及自熔合金加 Co/WC混合粉。具体应用零件如:泥浆泵活塞杆、抛光杆衬套、混凝土搅拌机的螺旋输送器、烟草磨碎锤、芯轴、磨光抛光夹具等。
当耐磨粒磨损涂 层的使用温度在538-843℃之间时,涂层要求在高温下有超过磨粒的硬度,还必须要有良好的抗氧化性,可采用铁基、镍基、钴基喷涂材料(如钴基 Cr,Ni,W合金粉,Ni/Al丝,奥氏体低碳不锈钢,镍、钴自熔合金等)以及Cr3C2金属陶瓷粉;在受冲击或振动负荷时,若温度低于760℃,自熔 合金最好;而当侵蚀严重时,最好采用Cr3C2;如主要用于抗氧化,则可采用铁、镍、钴基涂层。
(4)耐硬面磨损涂层。当使用温度小于538℃ 时,磨损是由于硬面在较软表面上滑动时,硬的凸出部分使软表面开槽而导致刮出碎屑,此碎屑具有同磨粒一样的作用,这种情况下要求涂层要比配对表面硬,可采 用某些铁基、镍基、钻基喷涂材料、自熔合金、有色金属(例如加铁铝青铜)、氧化物陶瓷、碳化钨及某些难熔金属涂层材料。具体应用零件如拉丝绞盘、制动器套 筒、拨叉、塞规、轧管定径穿孔器、挤压膜、导向杆、浆刀、滚筒、刀片轧碎机、纤维导向装置、成型工具和泵密封圈等。 

图(3)采用碳化钨涂层制作的拉丝轮,耐磨性提高到10倍以上
当耐硬面磨损涂层的使用温度 在540-815℃时,虽基本情况与以上相同,但由于磨损在高温下会加剧进行;所以,须采用钻基自熔合金、Ni/Ai及碳化铬涂层材料。当温度低于 760℃且有冲击负荷时,宜选用自熔合金;温度更高时宜选用Cr3C2涂层;以抗氧化为主则选Ni/Al等。具体应用零件如:锻造工具、热破碎辊、热成型 模具等。
(5)耐微振磨损涂层。由于磨损通常是由不可预计的微振引起的,所以当使用温度小于540℃时,应选韧性较好的涂层,如自熔合金、氧化 物、碳化物金属陶瓷、某些Ni,Fe,Co基喷涂材料和有色金属等。具体应用零件如,伺服马达枢轴、凸轮随动件、摇臂、汽缸衬套、防气圈、导叶、螺旋桨加 强杆等。
当耐微振磨损涂层的工作温度在538-843℃时,由于工作温度较高,可采用特定的铁基、镍基、钴基材料及金属碳化铬陶瓷材料。具体应用零件如:喷气式发动机的涡轮机气密圈、气密环、气密垫圈和涡轮叶片等。
(6) 耐气蚀涂层。因涂层要承受液体流中的气体冲击,故要求涂层具有良好的韧性、高的耐磨性、耐流体腐蚀、无脆性。可用Ni基自熔合金、含Al9.5%、 Fe1%的铜合金、含Ni38%的铜合金、自熔合金加Ni/Al混合粉、316型不锈钢、超细的Al2O3及纯Cr2O3等,且所有的涂层都应该经过密封 处理。具体应用零件如:水轮机叶片、耐磨环、喷头和柴油机气缸衬套等。
(7)耐冲蚀磨损涂层。这些涂层要能经受尖锐的、硬颗粒引起的磨损。可采 用几种Ni基自熔合金粉、自熔合金加细铜混合粉、高Cr不锈钢粉、超细Al2O3粉、纯Cr2O3粉、Al2O387%+TiO2l3%复合粉和 Co/WC复合粉。具体应用零件如:抽风机、水电阀和旋风除尘器等。 3.耐磨涂层喷涂参数设置
采用美国Praxair公司生产的JP5000型超音速火焰喷涂设备喷涂耐磨涂层时,其参数设置如表所示。
JP5000喷涂各种耐磨涂层参数选择表


粉末牌号

粉末名称

粒度
分布
(μm)

氧气
流量(SCFH)

煤油
流量
(LPH)

载气
(SCFH)

送粉量(RPM)

枪管长度
(in)

喷涂距离
(mm)

1278F

NiCrFeNbTaMoTi
(Atomized)

-53/+20

2000

21.95

9.9

5

4

355

1166F

Ni(Atomized)

-53/+20

1800

19.30

9.9

5

4

355

1234F

FeCr(Atom)

-53/+20

1800

19.30

9.4

5

4

355

1236F

FeCrNiMo(Atom)

-53/+20

1800

19.30

9.4

5

4

355

1245F

CoCrNiW(Atom)

-53/+20

1700

18。93

10.8

5

6

381

1248T-D

CoMoCrSi(Atom)

-53/+20

1950

21。20

10.8

5

6

355

1256F

CoCrWSiC(Atom)

-53/+20

1850

20。06

11。8

5

6

381

1260F

Ni-50Cr(Atom)

-53/+20

2025

21.95

11.8

5

8

381

1262F-D

Ni-20Cr(Atom)

-53/+20

1950

20。82

11.3

5

4

381

1265F

NiCrMoNb(Atom)

-53/+20

1850

22.71

11.8

5

6

381

1269F-D

NiCrMoW(Atom)

-53/+20

1850

26.50

9.9

5

6

305

1274H

NiCrSiFeB(Atom)

-63/+20

1950

21.95

12.2

5

4

381

1275H

NiCrBSiFe(Atom)

-53/+20

1950

21。95

12。2

5

4

381

CO210-24

CoNiCrAlY(Atom)

-45/+20

2000

18。17

12.2

5

4

254

1375VM

Cr3C2-25NiCr
(Agg-Sintered)

-45/+15

1850

22.71

9.9

5

6

355

1376T

Cr3C2-25NiCr
(Densified)

-53/+20

1850

22.71

9。9

9

8

355

1356VM

WC-CrC-Ni
(Agg-Sintered)

-45/+15

1900

22.71

10。8

5

4

330

1350VM

WC-Co-Cr
河北快3杀号软件 (Agg-Sintered)

-45/+15

1850

22.71

10。8

5

4

381

1343VM

WC-17Co
(Agg-Sintered)

-45/+15

2000

22.71

10.8

5

4

381

1343VF

WC-17Co

-38/+10

1050

14。0

12.3

5

4

178

1342VF

WC-12Co

-38/+10

1050

14.0

12.3

5

4

152

1342VM

WC-12Co
(Agg-Sintered)

-45/+15

2000

22.71

10。8

5

4

381

1334F

WC-12Co+50Ni SF
(Blended)

-53/+13

1800

24.60

10.8

5

6

355

1310VM

WC-10Ni
(Agg-Sintered)

-45/+15

1900

19。30

10.8

5

6

381

1310VF

WC-10Ni
(Agg-Sintered)

-38/+10

1900

19。30

10.8

5

4

381

由于超音速火焰喷涂有其自身的特点,在实际喷涂过程中要注意以下两点:①因为超音速火焰喷涂输入到基体的热量较大,一定要严格控制冷却措施,以免发 生基体过热、变形等导致工件报废的现象;②要特别注意不喷涂部位的遮蔽保护,由于在超音速火焰喷涂工艺中,喷涂粒子并未加热至完全熔化状态,粒子具有一定 的刚性,且飞行速度较高,远远超过常规等离子喷涂工艺中的粒子飞行速度,采用常用的防粘涂料及防遮蔽胶带方法已不能满足遮蔽要求,而必须采用薄铁皮或薄铜 皮捆扎遮蔽法。
4.耐磨涂层后加工
对于耐磨涂层来讲,磨削是唯一切实可行的精加工方法。由于涂层颗粒之间的结合主要依靠机械镶嵌结合, 且含有一定的孔隙,从磨削的观点看,热的转移比较缓慢,常规致密材料的磨削加工方法并不适用于涂层材料的磨削加工。如果磨削压力过大或速度过快,可能造成 涂层表面颗粒发生转移或被移动,从而导致涂层内部颗粒发生脱落,甚至导致整个涂层从基体剥离。决定磨削加工工艺方法的因素包括:涂层类型、工件形状、要求 光洁度和公差等。
一般来讲,喷涂粉末越细、涂层孔隙率越低、涂层越均匀,磨削加工后的光洁度越好。
选择砂轮时应考虑涂层种类、硬度、工件大小与形状、磨削量、表面光洁度要求、磨床类型等因素。一般遵循以下原则:
(1) 尽可能选用最锐利的砂轮,这种砂轮切削速度快,不易过热。砂轮锐利程度与砂轮所用磨粒的类型及粒度有关。对于磨削耐磨涂层的砂轮来讲,常用的磨粒是碳化硅 和金刚石。这是因为碳化硅磨粒在磨削时发生破裂后会呈现新的锐利的切削刃,而金刚石磨粒具有良好的耐久性,能干净地磨削各种硬质耐磨涂层。当磨粒粒度较小 时,不仅具有较小的表面积,而且切削刃较锐利,比粗磨粒更容易陷入涂层内部,从而获得较高的光洁度。一般来讲,用于耐磨涂层粗磨的磨粒粒度在 125-150目,用于细磨的粒度在380-400目。 

图(4)高速混料器叶片采用高硬度合金涂层
(2)所选砂轮内部结构及其硬度级别要能够提供自由磨削的效果。砂轮内部结构是指砂轮内 部各个磨粒之间的间距,具有多孔结构的砂轮,其磨削效果更佳,这是由于颗粒间造成的间隙能够提供更大的存屑空隙造成的。砂轮硬度不同也会影响耐磨涂层磨削 效果,较硬砂轮比较软砂轮具有更长的使用寿命。当磨削应力较小、接触面积较大及磨削速度较高时,推荐采用较软的砂轮;当磨削应力较大、光洁度要求较高、接 触面积较小及砂轮较窄时,推荐采用较硬砂轮。
(3)选择最适合的砂轮粘结类型。常用砂轮粘结剂有两种,即陶瓷粘结剂和树脂粘结剂。采用陶瓷粘结 剂的砂轮能够承受较高的磨削速度和精确的配合公差,且不受水、酸、油及温度变化的影响,但要求磨床转速要小于砂轮的安全操作速度,一般小于33米/秒。而 采用树脂粘结剂的砂轮,可用于更高的磨削速度,并产生更高的光洁度。
针对JP5000喷涂的WC类耐磨涂层,推荐磨削工艺如下:
1) 采用精密、高质量的磨削设备;
2) 选用水溶性冷却介质淋洗;
3) 选用树脂粘结金刚石砂轮,当工件外径小于50mm时,选用φ500的砂轮;当工件外径大于50mm时,选用φ762的砂轮;
4) 采用两步法进行磨削,第一步:进行粗磨,其磨削参数为:磨粒粒度125-150目;砂轮转速25-30m/s;工件转速0.3m/s;磨削深 度<0.01mm;移动速度0.2-0.3m/min,纵向进磨量0.025-0.05mm;第二步:进行细磨,其磨削参数为:磨粒粒度 380-400目;砂轮转速25-30m/s;工件转速0.5m/s;磨削深度<0.005mm;移动速度0.05-0.1m/s,纵向进磨量 0.025~0.05mm。
在磨削过程中,砂轮磨削面的状况会发生变化,使用一段时间后,不是发生砂轮面的砂粒被磨损掉,使得磨粒的高度与粘结 剂高度相等,就是发生砂轮面被磨削材料所填充,这两种情况都会削弱砂轮的磨损能力,导致摩擦(擦光)多于磨削,此时,应对砂轮进行修整或更换新的砂轮。当 采用金刚石工具修整砂轮时,工具经过砂轮表面的横移速度影响砂轮的最终切削作用,快速横移能打开砂轮面,使磨粒重新变锋利,从而提高砂轮磨削能力;与此相 反,当横移较慢时,会导致砂轮面封闭,使磨粒钝化并引起砂轮变硬,对热喷涂耐磨涂层,不推荐使用慢速修整法。所以,在使用金刚石砂轮磨削耐磨涂层时,保持 砂轮锋利非常重要,有利于获得较高的表面光洁度。
对耐磨涂层的磨削一般推荐采用湿式磨削,如果采用适当的保护措施,也可采用干磨削。但是,湿磨 削的优点要远远大于干磨削。湿磨削时,可以使用较硬的砂轮,且不会增加爆皮或热裂的发生率,使表面颗粒的脱出减至最少,并且得到的表面光洁度较好,砂轮不 会很快被填塞,需要的修整次数也会少。此外,湿磨削还有助于冲洗掉磨屑残渣。磨削液的过滤和合适的浓度对表面光洁度也有影响。
总之,只要在磨削加工过程中仔细操作,就可以获得具有良好光洁度的耐磨涂层表面。下面是确定耐磨涂层磨削工艺时需要考虑的一些因素。
1)使用较软的、自由磨削的砂轮,可大大减少擦光和磨粒脱出的机会;
2)保持砂轮面清洁、锋利;
3)采用正确的砂轮修整工艺;
4)进行粗磨时尽量选用粗粒度砂轮,进行精磨时要选用细粒度砂轮,如果想用粗砂轮来获得好的表面光洁度,可能导致磨粒脱出、污染或烧焦;
5)使用轻磨削。耐磨涂层通常较薄,过大的磨削压力可能引起涂层表面分层或表面颗粒脱出;
6)进行最后一道磨削工序时应采用无火花磨削,否则会导致砂轮面钝化或釉光;
7)始终保持涂层受压,通过喷涂面向基体下切才能使分层和颗粒脱出限制到最小;
8)磨削工艺优化处理。磨削参数变化对磨削速度和光洁度有较大影响,耐磨涂层表面光洁度在很大程度上取决于所选用的磨削工艺。当给定砂轮存在问题时,应进行砂轮速度、进给速度、工件速度及修整工艺。
三、 可磨耗涂层
为 了在高速旋转机械(压气机、燃气轮机等)的叶片与壳体之间形成理想的密封状态,以获得最大的流体动力压差,可采用可磨耗涂层技术来提高整机效率,降低能 耗,延长整机使用寿命。在航空发动机制造中,采用可磨耗涂层能成功减小转子与机匣的间隙。针对压气机涡轮与外环之间的间隙控制,其理想结果是:摩擦不会引 起涡轮或其它压气机部件的损伤,如轴承或齿轮;摩擦后,可磨耗涂层的表面要极其光滑,并且无涂层材料转移至涡轮,如果残留表面不光滑,将会对气流导向产生 负面影响,从而影响机器效率,如果可磨耗材料转移到涡轮上,可能引起不平衡,同样会影响压气机的性能。直至目前,针对喷气发动机气路密封问题,已经发展了 一系列的可磨耗涂层材料,采用可磨耗涂层不仅可用于表面空气密封部位来减小间隙,而且可用于迷宫式密封来疏导冷却空气,减少发动机压缩空气损失,并保持转 子轴的压力平衡。
除了在早期曾经采用火焰喷涂纯铝涂层来用作可磨耗涂层外,目前所用的可磨耗涂层多数是由两种材料组成的,分别是金属本体和非金属填料,填料的作用是减弱金属本体的整体性,增强涂层的可磨耗性能。可磨耗涂层所用喷涂粉末为两种材料组成的混合粉或团聚粉。
采用等离子喷涂或粉末火焰喷涂技术,在压气机壳体上喷涂质软的可磨耗涂层,在压气机叶片端部喷涂硬质耐磨钴包碳化钨涂层,可在两者之间形成理想的控制密封间隙,是20世纪70年代航空航天部门迅速发展起来的先进制造技术,是现代热喷涂技术的重要应用之一。
1.可磨耗涂层的选择
在实际应用中,选择可磨耗涂层的依据主要有两点,一是环境工作温度;二是涂层硬度要求。常用可磨耗涂层的硬度、最高使用温度及其所用喷涂工艺如表所示。
可磨耗涂层喷涂工艺与性能

 

AlSi/聚苯脂

AlSi/石墨

Ni/石墨

NiCuSi/石墨

Ni/硅藻土

金属/BN

NiCr/硅藻土

金属/ZrO2

喷涂工艺

等离子

等离子

等离子
火焰

等离子
火焰

等离子
火焰

等离子

等离子
火焰

等离子

涂层硬度
/HR15y

50-80

40-50

40-70

40-70

60-85

60

30-70

40-70

最高使用温度/℃

350

450

480

650

750-800

800

850

1600

2.可磨耗涂层的制备
制备可磨耗涂层的方法主要包括火焰喷涂和等离子喷涂两种,在实际应用中选择何种方法应以粉末供应商推荐的方法或通过试验确定。采用Praxair公司FP-73火焰粉末喷枪喷涂镍包石墨可磨耗涂层参数设置如表所示。
FP-73火焰粉末喷枪喷涂镍包石墨参数设置


喷涂粉末

氧气

乙炔

载气
(SCFH)

送粉量
(RPM)

喷涂距离
(Inch)

喷嘴配置

冷却空气
(PSI)

PSI

流量

PSI

流量

AI-1052-1
(Ni/25石墨)

36

26

7

42

15-20

10

8

USJ-N

17

AI-1052-2
(Ni/15石墨)

8

可磨耗涂层的性质不仅与粉末成分密切相关,而且随喷涂参数变化较大,喷涂工艺一经确定,就应严格控制,这对保证涂层质量是非常重要的。对可磨耗涂层来讲,硬度是影响涂层性能的重要参数之一,必须严格控制。
用 于硬度检测的可磨耗涂层的试样需要特别制备。首先,要求涂层厚度必须满足一定要求,若涂层小于2毫米时,会导致硬度测量值不准确;其次,测量表面必须平 整,最好用60#碳化硅干砂纸轻轻研磨,太重的研磨压力会导致硬度测量不准确,测量表面粗糙度要控制在Ra6-9;第三,硬度测量要采用标准的表面硬度 计,选择12.7毫米钢球和15公斤载荷,硬度读数为HR15Y。
在针对一种全齿轮传动的压气机涡轮与外环的可磨耗涂层研究中发现,所采用的五 种可磨耗涂层均没有出现由于摩擦而使机器负荷过高的现象。但是,采用火焰喷涂的Ni包石墨(85-15)可磨耗涂层会使涡轮叶轮边缘受到损坏,局部区域出 现变色现象,涡轮损害严重;采用等离子喷涂的AlSi/40wt%聚脂、AlSi/50wt%聚脂和AlSi-BN/聚脂可磨耗涂层,发生涂层材料转移现 象,涂层材料被转移至涡轮叶轮边缘,并形成结疤;而采用等离子喷涂的AlSi-BN可磨耗涂层,当涂层硬度超过60HR15Y时,也会发生可磨耗涂层材料 向涡轮叶轮边缘转移的现象,而当硬度低于60HR15Y时,转移现象不会发生,而且摩擦后的外环涂层表面光滑无暇疵,有利于压缩气流的流动导向,也不会影 响整机的动平衡,完全能够满足压气机涡轮叶轮与外环之间的间隙控制要求。
在制备可磨耗涂层时要特别注意,在每一次喷涂零件之前,均应进行试喷, 并对试片进行硬度检验,若涂层硬度满足要求,则说明涂层的可磨耗性能也能够满足,然后,才能够对零件进行喷涂。若涂层硬度不满足需要,须对喷涂工艺进行适 当调整。对火焰喷涂来讲,调整硬度方法之一是在保持气体流速、喷涂距离和移枪速度不变的条件下改变粉末流速,降低粉末流速会增加涂层硬度,反之,会降低涂 层硬度,逐次改变粉末流速并检验涂层硬度,直至硬度合格;方法之二是在保持粉末流速、喷涂距离和移枪速度不变时调整氧气和燃烧气体流速,同时降低氧气和燃 烧气体的流速会导致涂层硬度降低,反之,会增加涂层硬度,逐次改变并检验涂层硬度,直至硬度合格。
在制备可磨耗涂层时还要注意严格控制基体温度,这对获得正确的涂层硬度非常重要,正式喷涂前应将基体预热至90-120℃,而在喷涂过程中则要控制基体温度不超过180℃,基体过热会导致涂层硬度增加。
此外,在喷涂可磨耗涂层时,最好将喷涂速率控制在每遍0.1毫米左右。
3.可磨耗涂层的加工
对 于可磨耗涂层来讲,它是由金属或耐热合金包覆芯核材料形成的复合材料,由于芯核材料属松软、轻质、易碎、易刮削的非金属颗粒,如石墨、硅藻土、膨润土、六 方氮化硼、ZrO2等,磨削产生的压力和热量会改变涂层的性质,因此,可磨耗涂层的加工不采用磨削方法,而推荐采用车削方法。在车削加工时,要严格控制加 工参数,它与控制喷涂参数一样重要。
在车削可磨耗涂层时,一般采用较小的进刀量、较慢的旋转速度和较慢的走刀速度。例如,采用Metco 6P火焰喷枪喷涂的Metco 310NS铝包石墨可磨耗涂层,推荐采用尖的碳化钨车刀进行干式车削加工,车床线速度控制在2m/s,走刀量控制在0.06mm/pr,进刀量控制在 0.25mm/次。车削时要保证不会刮出涂层中的颗粒,并且,在使用前必须对车削加工表面进行彻底清理。

安徽快3APP下载 天津快乐十分官网 天津11选5走势图 甘肃快3软件下载 海南4+1走势图 安徽快3APP下载 北京快3APP下载 北京快3APP下载 贵州快3软件下载 北京快3软件下载